“ MAKALAH FISIKA ”“ SIFAT MEKANIK BAHAN ”

Bahan – bahan terdapat di sekitar kita dan telah menjadi bagian dari kebudayaan dan pola berfikir manusia. Bahan telah menyatu dengan peradaban manusia, sehingga manusia mengenal peradaban, yaitu zaman batu, zaman perunggu dan zaman besi. Bahan diambil dari alam dan diproses menjadi bentuk tertentu, seperti cangkul, pisau, dan lain-lain untuk membantu kehidupan manusia. Bahan – bahan ini memang telah menyatu dengan kehidupan manusia dan tidak saja merupakan bagian gaya hidup melainkan turut memegang peran penting dalam kesejahteraan dan keselamatan bangsa.

NURLITA YULIANDARI (XI TKJ)

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa dan nabi junjunan kita

Nabi Muhammad S. A. W, karena atas perkenaan-Nyalah saya dapat menyelesaikan

penulisan makalah ini hingga selesai.

Makalah ini berisi tentang “ Sifat Mekanik Bahan ” yaitu mengenai Elastisitas Bahan

(Stres, Strain, dan Modulus Young atau Modulus Elastisitas) dan Hukum Hooke

(Pengertian Hukum Hooke, Susunan Pegas, dan Kekuatan Bahan).

Sebaik apapun makalah saya ini pasti ada kekurangan serta kesalahan. Oleh karena itu,

saya harapkan kritik dan saran dari para guru dan teman – teman untuk

menyempurnakan makalah ini lebih lanjut. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih

kepada pihak-pihak yang telah membantu saya untuk menyelesaikan makalah ini.

Semoga makalah ini, dapat bermanfaat umumnya bagi guru pembaca dan teman – teman yang lainnya dan khusunya bagi diri saya sendiri dan juga mudah – mudahan dengan makalah ini kita dapat memahami lebih jelas mengenai pelajaran Fisika.

Bandung, Agustus 2011

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .............................................................. 1

DAFTAR ISI .............................................................. 2

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah.............................................................. 3

1.2. Manfaat.............................................................. 3

1.3. Tujuan .............................................................. 4

1.4. Sistematika Makalah.............................................................. 4

BAB II PEMBAHASAN

2.1. Sifat Mekanik Bahan.............................................................. 5

2.2. Elastisitas Bahan.............................................................. 5

2.2.1. Stres (Tegangan) .............................................................. 62.2.2. Strain (Regangan) .............................................................. 92.2.3. Modulus Elastisitas .............................................................. 11

2.3. Hukum Hooke .............................................................. 142.3.1. Pengertian Hukum Hooke .............................................................. 152.3.2. Susunan Pegas .............................................................. 172.3.3. Kekuatan Bahan. .............................................................. 25

BAB III PENUTUP

3.1. Kesimpulan .............................................................. 28

DAFTAR PUSTAKA .............................................................. 29

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang MasalahEnergi dan bahan tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia. Pengetahuan bahan terus berkembang seiring dengan berkembangnya peradaban manusia. Berbagai macam bahan telah ditemukan, dikembangkan, dan dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi. Penemuan bahan – bahan tertentu, seperti logam misalnya, telah ikut mewarnai peradaban manusia di dalam kurun waktu tertentu. Tidak aneh jika nama suatu zaman atau periode waktu tertentu dikaitkan dengan nama bahan, seperti misalnya zaman batu, zaman perunggu, zaman besi, dan seterusnya. Pengetahuan dan keterampilan manusia untuk memanfaatkan bahan tertentu telah membuka peluang berkembangnya desain, proses-proses atau produk-produk tertentu yang sebelumnya belum pernah ada. Pengembangan proses-proses dan produk-produk baru telah mendorong berkembangnya ilmu dan teknologi bahan untuk memenuhi kebutuhan desain. Ilmu dan teknologi bahan adalah bagian tak terpisahkan dari disain rekayasa. Disain adalah esensi dari rekayasa atau engineering karena rekayasa pada prinsipnya adalah aplikasi matematika dan ilmu-ilmu pengetahuan alam untuk memecahkan masalah-masalah nyata di dalam kehidupan manusia di dalam rangka meningkatkan kesejahteraan manusia. Oleh karena itu, pengetahuan bahan sangat penting bagi setiap disiplin ilmu rekayasa.

1.2. Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah : Memenuhi salah satu tugas dari guru mata pelajaran Fisika Mengetahui lebih jelas megenai Sifat Mekanik Bahan Mengetahui lebih jelas mengenai materi Elastisitas Bahan

Mengetahui lebih jelas mengenai Stres (Tegangan) Mengetahui lebih jelas mengenai Strain (Regangan)

Mengetahui lebih jelas mengenai materi Hukum Hooke Mengetahui lebih jelas mengenai Pengertian Hukum Hooke Mengetahui lebih jelas mengenai Susunan Pegas Mengetahui lebih jelas mengenai Kekuatan Bahan

1.3. ManfaatAdapun manfaat dari penelitian tersebut, antara lain : Menambah wawasan dan pengetahuan mengenai Elastisitas Bahan (Stres,

Strain dan Modulus Elastisitas) Menambah wawasan dan pengetahuan mengenai Hukum Hooke

(Pengertian Hukum Hooke, Susunan Pegas dan Kekuatan Bahan) Menginformasikan kepada orang lain dari makalah yang telah dibuat, agar

orang lain dapat menambah pengetahuannya

1.4. Sistematika Makalah

Makalah fisika bahan dengan judul “SIFAT MEKANIK BAHAN” ini terdiri dari tiga bab. Makalah secara garis besar berisi tentang elastisitas bahan dan hukum hooke, untuk lebih jelasnya maka susunan laporan adalah sebagai berikut. Bab I pendahuluan yang di dalamnya berisi tentang latar belakang, tujuan, manfaat, dan sistematika laporan. Bab II pembahasan, merupakan penjelasan dan ulasan secara jelas tentang sifat mekanik bahan, elastisitas bahan yang di dalamnya terdapat penjelasan mengenai stres (tegangan), strain (regangan), dan modulus elastisitas (modulus young). Selain itu di dalam bab II juga menjelaskan mengenai hukum hooke yang di dalamnya menjelaskan mengenai pengertian hukum hooke, susunan pegas, dan kekuatan bahan. Bab III penutup, dalam bab ini terdapat kesimpulan dari seluruh meteri yang ada dalam makalah ini dan juga terdapat kritik dan saran dalam pembuatan makalah ini.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1. Sifat Mekanik BahanBahan merupakan bagian dari alam semesta, akan tetapi secara lebih rinci bahan adalah benda dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin, peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya, logam, keramik, polimer (plastik), serat, gelas, kayu, batu, pasir, dan lain - lain. Produksi dan pemrosesan bahan-bahan tersebut menjadi barang jadi memberikan kesempatan kerja bagi kira-kira 12% dari seluruh angkatan kerja di Indonesia. Bahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti siklus bahan mulai dari ekstraksi, pembuatan sampai pelapukan. Oleh karena itu, siklus bahan adalah suatu sistem yang menggiatkan sumber daya alam dengan kebutuhan manusia. Secara keseluruhan, bahan-bahan merupakan jaringan yang mengikat bangsa-bangsa dan tata ekonomi di dunia satu sama lainnya, demikian pula mengikat manusia dengan alam semesta. Secara singkat, Ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan pengetahuan mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan dengan sifat-sifat dan pemakaiannya. Ilmu dan teknologi bahan adalah suatu pita ilmu pengetahuan yang melintang dari ilmu dan penelitian dasar (sebelah kiri) sampai pada kebutuhan dan pengalaman masyarakat (disebelah kanan). Aliran pengetahuan ilmiah dalam satu arah dan informasi empiris dalam arah yang berlawanan berbaur dan mendukung perkembangan ilmu dan teknologi bahan.

2.2. Elastisitas Bahan

Sifat elastis atau elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan benda itu dihilangkan (dibebaskan). Pegas dan karet adalah contoh dari elastisitas. Sedangkan tanah liat, adonan kue, tepung dan lilin mainan adalah benda yang tidak bisa kembali ke bentuk awal sehingga disebut benda tidak elastis atau benda plastis.

2.2.1.Stres (Tegangan)

Tegangan adalah reaksi yang timbul diseluruh bagian spesimen dalam rangka menahan beban yang diberikan. Bila penampangnya kecil itu dijumlah hingga mencapai penampang spesimen, maka jumlah gaya per satuan luas yang muncul didalam bahan itu harus menjadi sama dengan beban yang diluar.

Satuan gaya yang digunakan dalam penjabaran tegangan adalah satuan gaya dibagi dengan satuan luas. Pada satuan SI, gaya diukur dalam Newton (N) dan luas diukur dengan satuan Meter Kuadrat (m2). Biasanya 1 N/m2 dikenal sebagi 1 Pascal (Pa). Secara matematika konsep Tegangan (Stress) dituliskan :

Tegangan : atau

Keterangan:

Contoh penggunaan konsep Tegangan (Stress):Sebuah kawat yang panjangnya 2 m dan luas penampang 5 mm2 ditarik gaya 10 N. Tentukan besartegangan yang terjadi pada kawat !

Pembahasan:

Diketahui : Ditanyakan : ?A = 5 mm2 = 5.10-4 m2

F = 10 N

Jawab :

  = =

gayaluas

  = 2.104Nm-2

Macam – macam Tegangan (Stres) Ditinjau dari arah gaya dalam yang terjadi, tegangan

diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu:a. Tegangan Normal: Tegangan yang terjadi karena pengaruh

dari gaya normal.b. Tegangan Tangensial: Tegangan yang terjdai karena

pengaruh gaya tangensial.

Sedangkan menurut jenis pembebananyang diberikan, tegangan diklasifikasikan menjadi :

a. Tegangan Tarik (Tensile Stress)

b. Tegangan Geser (Shear Stress)Rumus:

τ=VA

Keterangan :τ : Tegangan Geser (N/m2)V: Gaya Geser (N)A: Luas (m2)

c. Tegangan Tekan (Compressive Stress)

d. Tegangan PuntirRumus:

τt= ℘Mt

Keterangan:Mt: Momen Puntir (torsi)Wp: Momen Tahanan Polar (pada puntir)

e. Tegangan Lengkung/BengkokRumus:

F=R a + R b τb=MbWb

Keterangan:Mb : Momen LengkungWb : Momen Tahanan Lengkung

Pengujian TeganganSalah satu cara yang umum dilakukan dalam pengujian sifat mekanik

tegangan-regangan adalah unjuk kerja bahan karena pengaruh tegangan. Suatu bahan (sampel) yang mengalami deformasi dengan beban tegangan bertambah secara perlahan-lahan (kontinu) sepanjang arah tunggal sumbu sampel akan mengalami tegangan-regangan. Bentuk sampel standar untuk pengujian tegangan reganagn ditunjukkan pada gambar berikut :

Gambar :Sampel tegangan standard denganTampang lintang melingkar

Secara normal tampang lintangnya berbentuk lingkaran dan sumbu sampel saling tegak lurus. Ukuran standar sampel tergantung merk alat yang dipakai, namun umumnya tidak jauh berbeda. Diameter standar 12,7 mm, panjang Gauge digunakan untuk menentukan keuletan dengan panjang standar 50 mm. Hasil pengujian tegangan-regangan dicatat pada kertas grafik. Sumbu tegak (vertikal) menyatakan nilai tegangan dan sumbu mendatar(horisontal) menyatakan nilai regangan.Contoh gambar alat uji tegangan tarik dan grafik hasil uji tarik, yaitu sebagai berikut:

Gambar alat uji tegangan tarik Gambar grafik hasil uji tarik

2.2.2.Strain (Regangan)

Regangan atau tarik adalah hasil bagi antara pertambahan panjang (ΔL) dengan panjang awalnya (L). Regangan atau tarik dinotasikan dengan (e) dan regangan tidak memiliki satuan atau dimensi karena pertambahan panjang ΔL dan L adalah sama.

Secara matematika konsep Regangan (Strain) dituliskan sebagai berikut :

Regangan ¿pertamba h an panjang

panjang awal atau

 Keterangan :

Contoh penggunaan konsep Regangan (Strain):Sebuah kawat panjangnya 100 cm ditarik dengan gaya 12 N, sehingga panjang kawat menjadi 112 cm. Tentukan regangan yang dihasilkan kawat !

Pembahasan:

Diketahui : Ditanyakan : e ?

Lo    =  100 cmL     = 112 cm

L   = 112 cm - 100 cm = 12cm

Jawab :

e = =

e = 0,12

Macam – macam Regangan (Strain)

- Strain linier ∆ ll

- Strain volume ∆ VV

- Strain geser = strain angular β- Strain tarik- Strain tekan

Grafik Tegangan terhadap ReganganKebanyakan benda adalah elastis sampai ke suatu besar gaya tertentu disebut batas elastis.

- Benda akan kembali seperti semula jika gaya yang dikerjakan lebih kecil daripada batas elastis.

- Benda tidak akan kembali ke semula jika gaya yang diberikan melampaui batas elastis.

Contoh Grafik terhadap Regangan :

Keterangan grafik :

Tegan

gan

1. Dari O ke B, deformasi (perubahan bentuk) kawat adalah elastis dari O ke A, berlaku Hukum Hooke dan A disebut batas Hukum Hooke.

2. B adalah batas elastis, di atas titik itu deformasi kawat adalah plastis.

3. C adalah titik tekuk (Yield point). Di titik itu hanya memerlukan gaya yang kecil untuk pertambahan panjang yang besar. Tegangan paling besar yang kita berikan sebelum kawat patah disebut tegangan maksimum (ultimate tensile strees).

4. E adalah titik patah, jika kawat mencapai titik E maka kawat akan patah.

2.2.3.Modulus Elastisitas (Modulus Young)Modulus elastisitas adalah besaran yang menggambarkan tingkat elastisitas bahan. Modulus elastisitas disebut juga modulus Young (diberi lambang Y) untuk menghargai Thomas Young. yang didefinisikan sebagai perbandingan stress dengan strain.Grafik dari tegangan pada sumbu y dan regangan pada sumbu x menghasilkan hubungan linier, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Tanpa Beban

Slope = Modulus Elastisitas

0 Beban

0 Regangan

Gambar Skematik diagram tegangan-reganganyang menunjukkan deformasi elastik untuk siklus

beban dan tanpa beban

Modulus elastisitas disebut konstanta, dengan demikian modulus elastis (E) suatu bahan didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan.

E = σ = F/A e ΔL/L

F = E. ΔLA L

Secara matematika konsep Modulus Elastisitas dapat dituliskan sebagai berikut :

Keterangan :

E : Modulus elastis (Pa)

σ : Tegangan (N/m2 atau Pa)

e : Regangan

Satuan SI untuk tegangan (σ) adalah Nm-2 atau Pa sedang regangan (e) tidak memiliki

stuan, sehingga tegangan σ= FA

dan Regangan e=Δ LL

diperoleh hubungan

gaya tarik (F) dengan modulus elastis (E) yaitu :

Contoh penggunaan konsep Modulus Elastisitas (Modulus Young):Kawat logam panjangnya 80 cm dan luas penampang 4 cm2. Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 50 N. Ternyata panjangnya menjadi 82 cm. Tentukan:

a) regangan kawat ?

Modulus Elastisitas= teganganregangan

atau E=σe

b) tegangan pada kawat ?c) modulus elastisitas kawat ?

PenyelesaianDiketahui :

l 0 = 80 cm

l 0= 82 cm l 0 = 82 - 80 = 2 cm

A = 4 cm2 = 4.10- 4 m2

F = 50 N

Jawab :

a) Regangan:

e = = = 2,5.10-2

b) Tegangan:

e = F/A = 50/4.10-4

= 1,25.105 N/m2

c) Modulus Elastisitas:

E=σe

=

= 5.106 N/m2

Modulus Elastis berbagai zat

2.3. Hukum Hooke

“Bunyi Hukum Hooke oleh Robert Hooke”

”Jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas, maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya.” (1635- 1703).

Robert Hooke

2.3.1. Pengertian Hukum Hooke

Zat Modulus Elastis E (N/m²)

Besi 100 x 10 9

Baja 200 x 10 9

Perunggu 100 x 10 9

Alumunium 70 x 10 9

Beton 20 x 10 9

Batu bara 14x 10 9

Marmer 50 x 10 9

Granit 45 x 10 9

Kayu (pinus) 10 x 10 9

Nilon 5 x 10 9

Tilang Muda 15 x 10 9

Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam bidang ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pir atau pegas.Elastisitas adalah Kecenderungan pada suatu benda untuk berubah dalam bentuk baik panjang, lebar maupun tingginya, tetapi massanya tetap, hal itu disebabkan oleh gaya-gaya yang menekan atau menariknya, pada saat gaya ditiadakan bentuk benda kembali seperti semula.Besarnya gaya Hooke ini secara proporsional akan berbanding lurus dengan jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya, atau lewat rumus matematis dapat digambarkan sebagai berikut:

Tanda (-) diberikan karena arah gaya pemulih pada pegas berlawanan dengan arah gerak pegas tersebut.

Keterangan :

F : gaya (N)

k : konstante pegas (N/m)

x : jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya (m)

Contoh Konsep Hukum Hooke :

Sebuah pegas panjangnya mula-mula 20 cm. Oleh karena pegas ditarik

F=−kx

dengan gaya 20 N, panjang pegas menjadi 25 cm. Tentukan konstanta pegas !

Pembahasan :

Diketahui : Ditanyakan : K?

F       =    20 N  

            xo     =    20 cm = 0,2 m  

                x       =    25 cm = 0,25 m  

                 x   =    0,25 - 0,2 = 0,05 m

Jawab :

F=k ∙ ∆ y (dalam perhitungan tanda (-) tidak dipakai)

k= FΔ x

k= 200,05k = 400 Nm-1

2.3.2. Susunan PegasKonstanta pegas dapat berubah nilainya, apabila pegas - pegas tersebut disusun menjadi rangkaian. Besar konstanta total rangkaian pegas bergantung pada jenis rangkaian pegas, yaitu rangkaian pegas seri atau paralel.

Beberapa buah pegas dapat disusun secara susunan pegas seri dan susunan pegas peralel.

Hukum Hooke untuk susunan PegasKonstanta pegas dapat berubah nilainya, apabila pegas - pegas tersebut disusun menjadi rangkaian. Besar konstanta total rangkaian pegas bergantung pada jenis rangkaian pegas, yaitu rangkaian pegas seri atau paralel. Beberapa buah pegas dapat disusun secara susunan pegas seri, susunan pegas peralel, dan susunan pegas campuran.Susunan resistor seri, paralel, atau gabungan keduanya dapat diganti dengan sebuah resistor yang disebut resistor pengganti. Susunan pegas seri, paralel, atau gabungan keduanya dapat diganti dengan sebuah pegas pengganti.

a) Susunan Pegas SeriGaya yang bekerja pada setiap pegas adalah sebesar F, sehingga

pegas akan mengalami pertambahan panjang sebesar dan

. Secara umum, konstanta total pegas yang disusun seri dinyatakan dengan persamaan :

Prinsip susunan seri beberapa buah pegas adalah sebagai berikut:1. Gaya tarik yang dialami tiap pegas sama besar & gaya tarik

ini sama dengan gaya tarik yang dialami pegas pengganti.Misal : Gaya tarik yang dialami per pegas adalah F1 & F2, maka gaya tarik pada pegas pengganti adalah F.

F1 = F2 = F

m

k1

k2m

ks

2. Pertambahan panjang pegas pengganti seri Δx, sama dengan total pertambahan panjang tiap – tiap pegas.

Dua buah pegas masing-masing dengan tetapan gaya k1 & k2 yang disusun secara seri gmbr 1 dapat diganti dengan pegas yang memiliki tetapan gaya ks, yang memenuhi

atau

Dengan menggunakan hukum Hooke dan kedua prinsip susunan seri, dapat menentukan hubungan antara tetapan pegas pengganti seri ks dengan tetapan tiap-tiap pegas (k1 & k2).

Penggunaan hukum Hooke untuk pegas

Δx=Δx1+Δx2

k s=k 1 .k 2

k1+k 2

1k s

= 1k1

+ 1k2

F=k s Δx ⇔Δx=Fk s

F1=k1 Δx1⇔F=k1 Δx1⇔Δx1=Fk1

F2=k2 Δx2⇔F=k2 Δx2⇔ Δx2=Fk2

Dengan memasukkan nilai Δx, Δx1, dan Δx2

dalam persamaan dapat diperoleh Δx = Δx1 + Δx2

Bagi Persamaan dengan F

Dapat dinyatakan kebalikan tetapan pegas pengganti seri sama dengan total dari kebalikan tiap-tiap tetapan pegas.

Untuk n buah pegas identik dengan tiap pegas memiliki tetapan k, tetapan pegas pengganti seri ks dapat dihitung dengan rumus : ks = k/n

Khusus untuk 2 buah pegas dengan tetapan k1 dan k2 yang disusun seri, tetapan pegas pengganti seri ks dapat dihitung dengan rumus:

Perbandingan antara susunan pegas dan susunan resistor tampak bahwa rumus-rumus untuk pegas seri mirip dengan rumus-rumus untuk resistor paralel.

Contoh penerapan konsep susunan seri pegas:

Dua buah pegas disusun seri seperti pada gambar, jika masing-masing pegas mempunyai konstanta sebesar 400Nm-1, dan massa beban 5kg. Tentukan besar pertambahan panjangnya.

Pembahasan:

Diketahui :

Fks

=Fk1

+Fk2

1k s

=1k1

+1k2

1k s

=Σ1k i

= 1k 1

1k2

1k3

.. ..

k s=kali

jumlah=

k1 . k2

k1+k2

 

k1 = k2 = 400 Nm-1

W = m.g = 5 kg.10 ms-2 = 50 N

Ditanyakan : x ?

Jawab :

=  +

 ks    = 200 Nm-1

    = k. x

∆ x= Fk

=500 N200

=0,25 m

b) Susunan Paralel PegasPada saat ditarik gaya maka pemanjangan pegas sama dan gaya yang diberikan dibagi sebanding konstantanya. Dimisalkan pegas A dan B disusun paralel. Setelah diberi beban, pegas A bertambah panjang x dan pegas B bertambah panjang x. Tetapan pegas A adalah k1 dan tetapan pegas B adalah k2

Dua pegas atau lebih disusun paralel :

m

kpk1 k2

m

Secara matematika konsep Susunan Paralel Pegas dituliskan sebagai berikut :

Keterangan :kp  = konstanta pegas pengganti dalam N/m k1= konstanta pegas 1 dalam N/m k2= konstanta pegas 2 dalam N/m

Prinsip susunan paralel pegas adalah sebagai berikut :1. Gaya tarik pada pegas pengganti F sama dengan total gaya

pada tiap pegas (F1 & F2).

2. Pertambahan panjang tiap pegas sama besar, dan pertambahan panjang ini sama dengan pertambahan panjang pegas pengganti.

F = F1 + F2

Δx=Δx1=Δx2

kp = k1 + k2 + ....

1 2

Dua buah pegas masing-masing dengan tetapan gaya k1

dan k2 yang disusun paralel (1) dapat diganti dengan sebuah pegas yang memiliki tetapan gaya kp, yang memenuhikp= k1 + k2

Dengan menggunakan hukum Hooke dan kedua prinsip paralel susunan pegas menunujukkan bahwa :“ Tetapan pegas pengganti paralel sama dengan total dari tiap – tiap pegas yang disusun paralel. ”

Contoh penerapan konsep susunan paralel pegas:

Dua buah pegas disusun paralel seperti pada gambar, jika masing – masing pegas mempunyai konstanta sebesar 100 Nm-

1dan 200 Nm-1, digantungkan beban sehingga bertambah panjang 5 cm. Tentukan gaya beban tersebut !

Pembahasan :

Diketahui :k1   = 100 Nm-1 k2   = 200 Nm-1

  x = 5.10-2 m

Ditanyakan : m ?

 

Jawab :

kp =  k1 + k2

      = 100 Nm-1 + 200 Nm-1 = 300 Nm-1

F    =  k.x = 300 Nm-1.5.10-2 mF    =  15 N

c) Susunan CampuranSusunan campuran adalah bila susunan pegas terdiri dari gabungan susunan seri dan paralel maka harus ditentukan dahulu bagian yang digabung terlebih dahulu. jika diibaratkan aliran sungai maka bagian cabang yang terumitlah yang digabung terlebih dahulu, baru kemudian hasil gabungan tersebut digabung dengan bagian yang lain....intinya penggabungan secara seri dan paralel mempunyai rumus yang berbeda sehingga tidak mungkin dikerjakan bersama-sama, di dalam rangkaian paralel bisa jadi ada bagian yang harus diseri terlebih dahulu dan sebaliknya dalam rangkaian seri bisa jadi ada bagian yang harus diparalel terlebih dahulu, seperti contoh di bawah ini :

Gambar Susunan Campuran Pegas

2.3.3. Kekuatan BahanSetiap benda mempunyai batas elastisitas. Jika tegangan atau gaya yang diberikan pada benda melebihi batas elastisitas, benda akan mengalami keretakan atau patah.

Perhatikan gambar di atas. Gambar tersebut menunjukkan grifik yang khas dari pertambahan panjang terhadap gaya yang diberikan. Sampai satu titik yang disebut batas proporsional, persamaan dari Hukum Hooke merupakan pendekatan yang baik untuk materi secara umum dan kurvanya merupakan garis lurus.

Setelah melalui batas proporsional, grafik menyimpang dari garis lurus dan tidak ada satu hubungan sederhana antara F dan ∆ L. Meskipun demikian, sampai suatu titik yang lebih jauh sepanjang kurva yang disebut batas elastik, benda akan kembali ke panjangnya semula jika gaya dilepaskan.

Daerah dari titik awal ke batas elastik disebut daerah plastik. Pada daerah ini, benda tidak akan kembali ke panjang awalnya ketika gaya eksternal (luar) dilepaskan, tetapi tetap berubah bentuk secara permanen (seperti melengkungnya klip kertas). Perpanjangan maksimum dicapai pada titik patah. Gaya maksimum yang dapat diberikan tanpa benda tersebut patah disebut kekuatan ultimat dari materi tersebut (yaitu, gaya per satuan luas).

Pada setiap benda mempunyai kekuatan maksimum atau batas elastik tertentu. Adapun kekuatan maksimum bahan (gaya/luas) dapat dilihat pada tabel berikut :

No

BahanKekuatan

Tarik (N/m2)

KekuatanTekan (N/m2)

KekuatanGeser (N/m2)

1 Besi, gips 170 x 106 550 x 106 170 x 106

2 Baja 500 x 106 500 x 106 250 x 106

3 Kuningan 250 x 106 250 x 106 200 x 106

4 Aluminium 200 x 106 200 x 106 200 x 106

5 Beton 2 x 106 20 x 106 2 x 106

6 Batu Bata 35 x 106

7 Marmer 80 x 106

8 Granit 170 x 106

9 Nilon 500 x 106

10 Tulang (tungkai) 130 x 106 170 x 106

11 Kayu Pinus, urat kayu sejajar 40 x 106 35 x 106 5 x 106

12 Kayu Pinus, urat kayu tegak lurus 10 x 106

Dari tersebut, bahan yang terbuatdari beton cukup kuat dibawah tekanan, tetapi sangat lemah terhadap tarikan. Akibatnya, beton dapat dimanfaatkan untuk tiang vertikal yang tertekan tetapi kurang bermanfaat untuk balok karena tidak dapat menahan gaya tarik yang muncul. Dalam sebuah kontruksi beton bertulang, sebuah balok melengkung ke bawah. Kelengkungan tersebut dapat terjadi karena beratnya sendiri. Balok, dengan demikian berubah bentuk sehinnga bagian atas tertekan dan bagian bawah mengalami tarikan (perpanjangan).

Beton bertulang, dimana batang – batang besi ditanamkan dalam beton akan lebih kuat. Tetapi beton di bawah balok yang diberi beban cenderung akan retak karena kelemahannya jika mengalami tarikan. Masalah ini diselesaikan dengan beton pratekan (beton yang mengandung batang – batang besi atau rangkaian kawat) tetapi selama penuangan beton, besi atau kawat tersebut diberi tarikan. Setelah beton kering, tarikan pada besi dilepaskan sehingga mendapatkan beton di bawah tekanan. Besar tegangan tekan ditentukan sebelumnya dengan hati – hati sehingga ketika beban –

beban yang telah dirancang diberikan ke balok. Dengan demikian, kontruksi beton bertulang tersebut memperkecil tekanan pada sisi bawah tetapi tidak pernah menyebabkan beton tertarik. Hal tersebut adalah merupakan contoh penerapan sifat mekanik bahan.

.

BAB IIIPENUTUP

3.1. Kesimpulan

Tegangan (stres) adalah reaksi yang timbul diseluruh bagian spesimen dalam rangka menahan beban yang diberikan. Regangan atau tarik adalah hasil bagi

antara pertambahan panjang (ΔL) dengan panjang awalnya (L). Modulus elastisitas adalah besaran yang menggambarkan tingkat elastisitas bahan.

Sifat elastisitas pegas ini juga dipelajari oleh Robert Hooke. Hukum Hooke untuk susunan pegas menjelaskan bahwa konstanta pegas dapat berubah nilainya, apabila pegas - pegas tersebut disusun menjadi rangkaian. Besar konstanta total rangkaian pegas bergantung pada jenis rangkaian pegas, yaitu rangkaian pegas seri atau paralel. Beberapa buah pegas dapat disusun secara susunan pegas seri, susunan pegas peralel, dan susunan pegas campuran.

DAFTAR PUSTAKA

Endarko, dkk. Fisika untuk SMK Teknologi, Jilid 1. 2009. Depok : DirektoratPembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

Http: //anan-dk.blogspot.com/2010/02/macam-macam-tegangan.html

Http://id.wikipedia.org/wiki/Gerak_harmonik_sederhana

Http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Hooke

Http://mediabelajaronline.blogspot.com/2010/10/elastisitas-dan-modulus-young.html

Http://www.e-dukasi.net/

Purwnto, Budi. Dasar – dasar Fisika Kejuruan 1. 2008. Solo : Tiga Serangkai

Www. Google. Com

Www. Wikipedia. Com